基于专利分析的起重机智能避障技术相关态势研究

张程

（法兰泰克重工股份有限公司，江苏 苏州 215211）

起重机智能避障[1-3]，尤其是对起重机如何处理运行中突然出现障碍物的相关安全模块产品的开发，是起重机实现智能化、无人化运行的核心。在实际使用过程中，首先针对出现的障碍物进行检测、识别，其次判断障碍物的体积、运行轨迹，向起重机控制系统下达指令，实现躲避障碍物，是起重机智能避障的基本逻辑。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

专利的检索与分析主要使用Incopat专利数据库。检索目标文献的申请时间范围是2000年1月至2021年4月，检索截至时间是2021-04-11，目标专利类型为发明和实用新型。专利检索地域范围是全球。

1.2 分析方法

专利信息分析方法分为定量分析与定性分析2种。定量分析是通过专利文献上所固有的项目如申请日期、申请人、分类、申请国家等来识别有关文献，然后将这些专利文献按有关指标如专利数量、同族专利数量、专利引文数量等来进行统计分析，并从技术和经济的角度对有关统计数据的变化进行解释，以取得动态发展趋势方面的情报。定性分析是以专利说明书、权利要求、图纸等技术内容并按技术特征来归并有关专利并使其有序化的分析。

1.3 技术分解

起重机智能避障过程主要包括检测起重机周围是否有障碍物、判断障碍物是否影响正常运行，如果障碍物对起重机的安全运行构成了威胁，起重机将采取什么措施以保证安全运行，据此分出前三个一级技术分支。另外基于专利文献的特点，还有一部分专利的发明点聚焦在对起重机结构的改进，这部分文献将归于第四个一级技术分支系统结构。起重机安全技术分解表如表1所示。

表1 起重机安全技术分解表

2 专利宏观态势分析

2.1 专利申请趋势分析

如图1所示，从全球申请总量上来看，起重机智能避障技术的专利申请可分为技术积累期（2000—2008年）、发展期（2009—2016年）和快速发展期（2017年至今）。在技术积累期内，专利年申请量维持在20项左右。自2009年开始进入发展期，2009—2014年有关起重机智能避障技术的专利申请持续增长，发明和实用新型专利几乎平分秋色。经2015年小幅下降后2016年的申请继续呈现出2009—2014年时的增长趋势。2016年，中国机器人及无人驾驶技术发展迅猛，带动了许多中国传统制造业致力于向互联网化智能制造升级。然而起重机智能避障处理中的障碍检测技术、判断障碍物情况和起重机自主路径规划等技术均能借鉴机器人及无人驾驶技术的相关技术构思。

图1 全球申请趋势

2.2 专利布局区域分析

如图2所示，在起重机智能避障技术专利主要原创地区分析中，中国占80%，剩余的20%主要分布在日本、韩国、美国和德国。可见中国是全球最主要的技术来源国，在起重机领域的技术创新能力较强。

图2 全球技术专利主要原创地区占比

2.3 主要申请人分析

如图3所示，全球起重机智能避障技术申请量排名前十名的申请人全部来自企业。其中有3位来自国外。排名第一的是来自日本的多田野。

图3 全球主要申请人排名

3 专利技术分析

3.1 一级技术布局情况

起重机智能避障技术分解成障碍物检测（检测）、判断障碍物是否影响正常运行（判断）、起重机采取措施（措施）和系统结构4个一级分支。如图4所示，全球范围内涉及结构的申请数量最多，其次是涉及判断出障碍物对起重机影响的技术、起重机所采取措施的技术，分别排名第二、第三，涉及检测障碍物的技术排名第四。如图5所示，在国内排名第一的技术是结构类，其次是措施、判断和检测，可见，在中国关于判断技术的申请存在空白。

图4 全球涉及起重机智能避障技术相关专利一级技术分支分布

图5 中国涉及起重机智能避障技术相关专利一级技术分支分布

3.2 涉及判断技术申请趋势分析

如图6所示，从全球判断技术专利申请趋势看，在2011年以前涉及判断技术的专利申请较少，2012年至今涉及判断技术的专利申请呈波动上升的趋势。到2017年专利申请数量达57项，经2018年小幅回落后2019年申请数量又回升到2017年的水平。尽管2019年后的专利申请尚未尽数公开，但可以预计的是2019年后相关申请的数量将进一步增长。可以看出除了2015和2016年，其余年份中涉及判断技术的专利类型均以发明为主。

图6 判断技术相关专利全球申请趋势

如图7所示，在国内，涉及起重机措施相关技术的专利申请数量较多。2011年以前申请量较少，2011年的申请数量超过10项。2012—2017年期间波动增长，尽管2019年的专利申请未尽数公开，可以预见2019至今，中国涉及判断技术的专利申请仍在增长。从专利类型的变化趋势来看，涉及判断技术发明占比和实用新型占比呈交替增长的趋势，近些年的专利申请以发明为主。

图7 判断技术相关专利中国申请趋势

3.3 涉及判断的二级技术占比趋势分析

涉及判断的二级技术专利占比变化趋势能够反映出其各二级技术分支动态专利分布情况。如图8所示，全球范围内，2010年至今，涉及位置信息数据处理技术的专利申请不仅申请量最高，而且申请量占比还处在增长的趋势，是当前的技术热点。涉及区域确定的技术从2013年至今每年都保持有一定数值的专利申请。涉及远程通讯的专利申请近些年占比有所降低，而涉及显示障碍物的专利申请占比从2016年开始到2019年出现小幅增长后近些年开始回落。涉及监控系统的专利申请占比近些年波动式地保持在一定水平。

图8 判断的二级技术分支全球专利占比变化趋势

如图9所示，在国内，2010年至今，涉及监控系统的专利申请量最大，虽然近几年的申请占比有所下降，但每年的申请数量并没减小。值得注意的是，涉及位置信息数据处理技术、区域确定的技术在中国的专利申请占比近几年处于上升的趋势。远程通讯技术在2012年以前占比较高，经历了2013—2019年的波动后，近些年的占比又一次呈上升的趋势，远程通讯与起重机安全技术结合较为容易实现并具有实际的意义。

图9 判断的二级技术分支中国专利占比变化趋势

4 结论与建议

将起重机智能避障技术分成检测、判断、措施、结构4个一级技术指标进行分析，检测、措施、结构这3个一级技术分支，中国和全球申请趋势、申请技术分布等方面的趋势基本保持一致。但是判断技术分支在全球4个技术中排名第二，在中国排名第三，可见中国关于判断障碍物对起重机影响是专利申请存在差异。

将判断技术细分成位置数据处理、危险区域限定、远程通讯、显示和监控系统5个二级技术分支。结合中国和全球判断技术的二级技术指标对比，得出如下结论：①二级技术的排名是一致的，专利申请量最大的二级分支是监控系统，其次是远程通讯；②中国在区域确定和数据处理这2个技术分支的申请量占比明显低于全球水平；③远程通讯技术也有较多的申请量，申请人更倾向于通过新模块的叠加来提出新的技术方案。

起重机的无人化、智能化是发展趋势。判断技术针对危险源“检测—判断—措施”的重要一环，对起重机安全有关的障碍物判断领域的专利申请、运用、保护提出以下建议。

通过研究国外区域确定和数据处理2个分支领域的专利文献迅速了解国外在这些领域的专利布局。障碍物判断的核心技术内容是数学建模和算法，应该加大研发投入，并通过软件著作权、专利等多种方式组合保护知识产权。